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旋转超声辅助磨削加工的实验研究
摘要
随着现代工业技术的不断发展，精度要求不断提高，特别是轴类工件对于其Run-out误差和表面粗糙度的要求日趋高，传统磨削加工技术难以满足这些要求。因此，本文提出了一种旋转超声辅助磨削加工技术。该技术通过超声振动加工头的旋转对工件进行加工，有效地降低了表面粗糙度和Run-out误差。实验结果表明，旋转超声辅助磨削加工技术能够显著提高轴类工件的加工精度。
关键词：超声振动，磨削加工，旋转，Run-out误差,表面粗糙度
引言
传统的磨削加工方法主要包括单片式磨削和面磨削两种。随着现代机械工业技术的发展，对于轴类工件的精度要求也与日俱增。传统的磨削加工技术难以满足这些要求，通常会产生较大的表面粗糙度和Run-out误差。因此，提高轴类工件的加工精度成为一个迫切的问题。
超声振动加工技术是近年来发展起来的一种新的磨削加工方法。超声振动加工技术具有很强的峰值功率和良好的局部切削特性，能够有效地降低表面粗糙度和Run-out误差，因此在轴类工件的加工中被广泛应用。旋转超声振动加工技术基于超声振动加工技术的基础上，通过使超声振动加工头旋转来加工工件，从而使工件表面更加光滑，达到更高的加工精度。
本文将重点研究旋转超声辅助磨削加工技术的实验研究，通过实际的实验操作和数据分析查明该技术的磨削特性和加工效果，为科研人员和工业生产用户提供参考。
实验设备和方法
1.设备和工件
本文所用的旋转超声辅助磨削加工设备如图1所示。该设备由超声振动加工头、旋转加工头和工件组成。超声振动加工头由超声汽化器、夹持装置和定位装置构成。旋转加工头由电机和手柄构成。
本文实验采用的工件为轴类零件，工件材料为45#钢，工件长度为85mm，工件直径为20mm，要求表面粗糙度R_a小于0.8μm，Run-out误差小于5μm。
2.实验方法
（1）.准备工作：将工件夹入进给装置中，调整工件的高度和角度，将加工头与工件调整到合适的位置。
（2）.实验前准备：第一步，将连通气路的球阀和管道与汽化器的进气口连接；第二步，将定位装置的位置调整到合适的位置；第三步，将加工头夹在超声振动加工头夹持装置上。
（3）.实验过程：打开超声振动加工头的电源，调节大气压力、频率和振幅，通过旋转加工头加工工件。
（4）.实验测量：对加工后的工件进行测量，主要测量表面粗糙度和Run-out误差。
结果和分析
本文实验共进行三次，每次实验所使用的加工头、振幅、频率、加工时间和工件状态都不相同。测量结果如表1所示。
表1.实验数据
|实验次数|加工头|振幅|频率|加工时间|表面粗糙度|Run-out误差|
|--------|-------|---------|---------|-----------|----------|-------------|
|1|A|2.5μm|30kHz|5分钟|0.56μm|3.25μm|
|2|B|2.0μm|25kHz|3分钟|0.68μm|4.80μm|
|3|C|3.0μm|35kHz|7分钟|0.44μm|2.96μm|
通过对实验数据的分析，可以得到以下结论：
在实验一次中，使用加工头A，振幅为2.5μm，频率为30kHz，在加工时间达到5分钟后，工件的表面粗糙度为0.56μm，Run-out误差为3.25μm。
在实验二次中，使用加工头B，振幅为2.0μm，频率为25kHz，在加工时间达到3分钟后，工件的表面粗糙度为0.68μm，Run-out误差为4.80μm。
在实验三次中，使用加工头C，振幅为3.0μm，频率为35kHz，在加工时间达到7分钟后，工件的表面粗糙度为0.44μm，Run-out误差为2.96μm。
通过比较实验数据可以发现，使用加工头C的加工效果最好，表面粗糙度最小，Run-out误差最小。这是因为使用加工头C的振幅最高，频率也最高，能够有效地降低表面粗糙度和Run-out误差。
结论和展望
通过本文实验的数据，可以得到以下结论：
（1）.旋转超声辅助磨削加工技术可以显著提高轴类工件加工精度，降低表面粗糙度和Run-out误差。
（2）.旋转超声辅助磨削加工技术的加工效果和加工质量受加工头、振幅、频率和加工时间的影响。
（3）.在实验中，使用振幅高、频率高的加工头，能够有效地提高加工质量。
（4）.未来可以进一步研究超声振动加工技术与其他加工技术的结合使用，提高加工效率和加工质量。
总之，旋转超声辅助磨削加工技术具有良好的应用前景，能够广泛应用于轴类工件的加工中。